本技術涉及水文測量，具體而言，涉及一種水深數據測量布線系統及方法。

背景技術：

1、多波束測深系統通過發射多束聲波至水底，并記錄聲波回波的時間差和強度，來測量不同測線下的水深數據。其測量范圍大、精度高，適合應用于大面積的水域地形勘探。測線布設是指在特定的水域范圍內，規劃并布置合適的測量線路，以便覆蓋目標區域并確保數據采集的完整性和準確性。測線布設的合理性直接影響到測量的覆蓋度、數據質量和作業效率，是進行多波束測量作業的基礎。在實際探測中，水底地形起伏大，不能簡單地根據平均水深設計測線間隔。測線布設通常依據測區的水深變化、地形特點、項目精度要求及設備性能等多方面因素綜合考量。

2、傳統多波束測線布設方法通常需要手動或半自動規劃測線位置，這導致每次布設任務耗時較長，特別是在復雜地形中可能出現測量覆蓋不足或冗余現象，無法滿足高效測量的需求。

3、現有的智能布設測線方法使用優化算法常陷入局部最優解，使得測線方案在復雜地形中難以達到全局最優，不利于確保測量的全面覆蓋和精確度。

4、同時缺少了對布設測線結果驗證的方法，仍需要人工進行數據補測。收集多波束水深聲波數據后，預處理過程涉及數據校準、誤差修正、濾波等多個步驟，處理過程復雜且耗時，影響整體作業效率。

5、因此，當前領域對一種能結合地形地貌數據自動布設多波束測線并加以驗證測線結果準確性及高效的數據采集預處理方法的需求逐漸增加，這對于海洋資源開發、航道勘測、水下地質調查、海底結構監測以及海洋環境保護具有重要意義。

技術實現思路

1、本技術的目的在于提供一種多波束測線布設及數據采集預處理方法及系統，能結合地形地貌數據自動布設多波束測線，并加以驗證測線結果。同時達到數據采集預處理的準確性及高效效果。

2、本技術的實施例是這樣實現的：

3、一種多波束測線布設及數據采集預處理方法，其特征在于包括以下步驟：

4、s1：采用平行等深線走向的多波束測線布設方向，將待測河流流域劃分為若干個由主測線形成的矩形監測區域，使得監測區域邊界的主測線盡量與等深線延伸方向平行；

5、s2：采用單目標優化模型確定最佳測線位置：包括定義測線條數和寬度方向測線間距，將監測區域的寬度方向邊界主測線作為起始點；以最小化測線總長度為目標定義優化目標函數，測線總長度由測線的條數與單個側線長度之積決定；設置約束條件包括：不同測線的監測區域重疊率范圍、同時滿足掃測條帶寬度、重疊率和覆蓋寬度的約束；

6、s3：基于貪心算法穿從第一條測線循環遍歷待測河流流域直至最新一條測線的長度超過河流的寬度時結束循環，確定最優測線布設：

7、s4：使用模擬退火算法驗證測線布設的優化結果，以與步驟s3的誤差在設定較小范圍內確定步驟s3的測線模型有效，如超出設定較小范圍則重新執行步驟s2-s4，直至滿足條件。

8、上述技術方案中，還包括s5：按步驟s4驗證后符合范圍的s3的最優測線布設完成待測河流流域測線布置，通過多波束測深系統進行數據采集，將采集的數據導入hypack軟件進行降噪和濾波，生成平滑的水下地形點云圖。

9、上述技術方案中，步驟s2中，計算重疊率，使得河道的每個部分都被充分覆蓋，同時減少不必要的測量，從而提高測量效率。

10、上述技術方案中，步驟s2中，?確定不同測線的監測區域重疊率范圍在10%-20%之間。

11、上述技術方案中，步驟s2中，計算每個掃測條帶的寬度和重疊率，使得掃測條帶的總寬度減去重疊部分的寬度至少等于每個掃測條帶的優化后的測線長度與坡度余弦值的比值。

12、上述技術方案中，步驟s2中，首先計算第i條測線掃測中心以西的總覆蓋寬度，然后計算第i+1條測線掃測中心以東的總覆蓋寬度；接著，將第i條測線的西覆蓋寬度與第i+1條測線的東覆蓋寬度相減，得到兩條測線之間的重疊部分的寬度；最后，將這個重疊部分的寬度除以第i條測線的掃測條帶寬度，得到重疊率η。

13、上述技術方案中，步驟s2中得到單目標優化模型如下：

14、s.t.；

15、其中為第i條測線的掃測條帶寬度，為第i條測線的掃測條帶與上一條帶的重疊率；表示優化后的測線長度；為沿河道坡度方向的位置；α為坡度；表示第i個掃測條帶的掃測中心以西覆蓋寬度；表示第i個掃測條帶的掃測中心以東覆蓋寬度；為總覆蓋寬度；表示多波束換能器開角；d為河道深度。

16、上述技術方案中，步驟s3包括如下步驟：

17、s31：若河流以南北為走向，以河流流域分區的矩形東邊界為始邊，以覆蓋寬度恰好能達到東邊界確定第一條測線的位置；

18、s32：從第一條測線的位置開始，以一定長度為步長逐步沿寬度方向向后遍歷，確定下一條測線的位置，求該測線覆蓋寬度和前一條測線的重疊率；將滿足重疊率范圍10%-20%的測線位置保存；利用貪心算法選擇重疊率為10%的測線；根據重疊率為10%的測線確定第二條測線的最優位置，以此類推依次遍歷；

19、s33：依次遍歷直到最新一條測線的長度超過河流的寬度時，結束循環保存該測線之前的所有確定的測線位置。

20、上述技術方案中，步驟s4中包括如下步驟驗證測線布設的優化結果：

21、s41：初始化算法參數，設置退火初始溫度、溫度下降系數、結束溫度，退火次數；

22、s42：以當前所有的測線坐標下的平均重疊率為當前解，在設定范圍內對每一個測線坐標產生隨機擾動，生成新的測線坐標和新的重疊率，作為新的平均重疊率；

23、判斷新的重疊率是否滿足重疊率范圍，即；若滿足則接受新解；若不滿足則確定接受新解的概率p，概率p的計算公式如下：

24、p=；

25、s43：判斷新的溫度是否達到結束溫度，若達到則輸出作為最優解，若沒有達到則繼續迭代，并對當前溫度進行降溫和重置迭代次數，新的溫度為初始溫度和溫度下降系數的積；

26、s44：將上述模擬退火算法所得的最優解，與貪心算法所得解進行比較，計算兩者的誤差；兩者的誤差在允許的設定范圍內，證明貪心算法所得模型有效；否則重復步驟s2-s4，直至確定最優測線布設并驗證有效。

27、一種多波束測線布設及數據采集預處理系統，其特征在于在其中存儲有計算機可讀存儲程序，當所述程序被執行時，用以實現上述方法的步驟。

28、相對于現有技術，本發明至少具有以下一項有益效果：

29、本發明通過單目標優化模型、貪心算法與模擬退火算法等技術的融合，創新性設計一種多波束測線及數據采集預處理方法，減少了測線的總長度并降低了數據冗余，使測量效率得到提升；

30、通過結合模擬退火算法對測線布設方案進行驗證，避免了優化過程陷入局部最優解的風險，確保了測線布設的合理性和全局覆蓋度，有效提升了復雜地形中的測線規劃效果；

31、減少了重疊率過高或漏測區域的情況，確保測量區域內各測線之間的合理重疊，提高了探測的全面性。

32、測線布設與檢查線布設嚴格符合《內陸水域水下地形測量技術規程》的相關規定，在精度控制上滿足技術要求，使測量結果具備更高的可靠性與可參考性。